книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

клапана из-за сил инерции зависит от установки клапана в поршне. Если «лапая установлен ів поршне так, что переме­ щение его в седле совпадает с направлением действия си­ лы инерции поршня в ВМТ, то клапан откроется при мень­ шем давлении, чем в статических условиях. И наоборот, ес­ ли направление действия сил инерции поршня противопо­ ложно перемещению «лапана в седле, то величина давле­ ния открытия .клапана становится большей, чем в стати­ стических условиях. Это иллюстрируется ісхѳмой на рис. 111, где показано направление действующих сил.

Рис. 111. Схемы установки клапанов в поршне.

Изменение максимального давления старания по скоіростной характеристике двигателя зависит не только от установки 'клапана в иоіршне, но также и от аилы инерции, которая действует на наружный стакан поршня в ВМТ. Срабатывание регулирующего клапана при работе двига­ теля происходит, когда результирующая сила, действующая на стакан, достигнет такой величины, при которой давле­ ние масла в верхней камере превзойдет заданную затяжку пружины клапана. Схема поршня и действующие на него аилы в ВМТ на такте рабочего хода представлены на рис. 112. Согласно этой схеме можно составить следующее уравнение:

220

тде рт — давление масла в нижней кольцевой камере, кГ/сж2; рвк — давление масла в верхней камере, кГ/сж2; Р„н — сила инерции стакана поршня, кГ;

F HK — кольцевая площадь нижней камеры, см2 •'которое может быть представлено в виде

верхней камере поршня с увеличением оборотов двигателя

221

дится обычным способом, для статических условий работы, а затем необходимым является проведение уточнения раз­ меров, главным образом, пружины клапана, для перемен­ ного скоростного режима, удовлетворяющего условиям по­ лучения

рг — const.

Такое предварительное определение основных размеров регулирующего клапана еще не вскрывает полной картины работы гидравлической системы поршня в целом. Работа системы на установившихся и переходных режимах может быть аналитически расчитана лишь путем решения систе­ мы дифференциальных уравнений. На переходных режи­ мах работы двигателя при повышении нагрузки неизбежны кратковременные забросы (максимального давления сгора­ ния сверх заданной величины. Для расчета таких режимов работы необходимо наличие индикаторных диаграмм дви­ гателя, полученных при различных степенях сжатия. В слу­ чае отсутствия таковых в первом приближении можно вос­ пользоваться известными методами расчета процесса сго­ рания в двигателях.

Система дифференциальных уравнений, при решении которой вскрывается сущность работы гидравлической сис­ темы поршня, может быть (составлена на основе нижесле­ дующих соображений.

Поскольку подвижной стакан совершает поступатель­ ное движение относительно внутренней вставки поршня, который, в свою очередь, движется по законам, задаваемым ікриівошіипно-шатунным механизмом, то для определения относительного движения подвижного стакана необходимо составить уравнение динамического равновесия системы с учетом переносного движения внутренней вставки поршня.

В общем случае такое уравнение можно представить в следующем виде:

л2 с

222

бой сложности, однако предварительные расчеты показали, что величина этой силы по сравнению с другими действую­ щими силами невелика. Можно указать, что действующие на подвижной стакан поршня силы оказывают влияние на его перемещения лишь только вблизи ВМТ, там где сила трения имеет наименьшее значение.

Взаимное положение подвижного стакана поршня от­ носительно внутренней вставки определяется количеством масла, заполняющего верхнюю и нижнюю камеры. Следо­ вательно можно составить уравнение баланса по .расходу масла для этих камер.

Для верхней камеры

223

Для нижней камеры

нение объема верхней камеры из-за перемещения подвиж­ ного стакана поршня. Второй член этого-же уравнения представляет количество масла, поступившего в верхнюю камеру. И, наконец, третий член является количеством мас­ ла, вытекающего из верхней камеры. Последний определя­ ется по гидравлической характеристике регулирующего клапана в виде связи между расходом масла и подъемом

224

«лапана. Третий член уравнения (22) представляет собой 'количество 'масла вытекающего из нижней камеры через Яірооселіирующее отверстие. Напор масла, создающийся си­ лами инерции, определяется по формуле профессора Б. Я.

см

h — перемещение клапана в см;

перемещение подвижного стакана поршня за один цикл ра­

При решении дифференциальных уравнений один цикл работы четырехтактного дизеля следует разбить на участ­ ки, в зависимости от которых исходные уравнения прини­

мают различный /вид.

На рис. 113 даются участки для различных этапов рас­ чета и схематические (развернутые диаграммы действую­ щих на подвижной стакан поршня сил, которые считаются заданными. Напор масла в верхней и нижней камерах, создающийся силами инерции кривошипно-шатунного меха­

226

нения этой величины. Поэтому представленная кривая должна рассматриваться, как имеющая чисто условный ха­ рактер протекания. В дейстаителыности продолжительность

'Рис.5 1 13.[развернутые диаграммы действующих на подвижной

стакан поршня сил.

различных этапов расчета может быть совершенно иной и, следовательно, характер протекания кривой перемещения подвижного стакана может быть другим. Не менее важно знать характер протекания этой кривой на переходных ре-

227

жимах работы двигателя. На диаграмме имеются участки, где перемещение стакана отсутствует. Это происходит из-за действия на подвижной стакан сил, старающихся его при­ жать к неподвижной ©ставке поршня. Однако абсолютная величина этих сил меньше, чем требуется для открытия ре­ гулирующего клапана и уменьшения количества масла в наружной масляной камере поршня. Следовательно под­ вижной стакан поршня в течение относительно большого времени перемещается вместе с неподвижной вставкой поршня как одно целое. Поэтому следует опеределить лишь только граничные условия для перехода на эти участки расчета.

В дальнейшем рассматриваются отдельные этапы для расчета относительного перемещения подвижного стакана поршіня за один цикл работы четырехтактного двигателя.

Этап 1

На первом этапе расчета силы от давления газов ма­ лы. Поэтому, уравнение динамического равновесия подвиж­ ного стакана поршня напишется без члена, учитывающего эти силы

т

В уравнении баланса по расходу масла в верхней ка­ мере отпадает член, учитывающий расход через регули­ рующий клапан. Тогда уравнение (21) для этого этапа расчета примет вид

Уравнение баланса по ■расходу масла для нижней ка­ меры остается без изменения. Поскольку масло из верхней камеры в этот период времени не вытекает, то уравнение (23) теряет свое значение. Таким образом, для этого этапа расчета имеются три уравнения с тремя неизвестными. Граничным условием для конца расчета этого этапа явля­ ется равенство:

Ру вк — Рвк •

228

Как только (выполняется последнее условие верхняя ка­ мера перестает заполняться маслом, и тогда подвижной ста­ кан поршня не перемещается относительно неподвижной вставки. На этом заканчивается расчет первого этапа. В последующем на подвижной стакан поршня действует сила инерции, старающаяся прижать его к неподвижной вставке и, следовательно, относительное перемещение подвижного стакана поршня отсутствует. Это продолжается до тех пор пока сила инерции, действующая на подвижной стакан, не изменит своего направления.

Этап 2

Начинается с момента, когда

В исходном уравнении (20) появляется член, учиты­ вающий давление тазов. Остальные уравнения для второго этапа расчета остаются такими же, как в предыдущем этапе. Поскольку на этом этапе расчета силы от давления газов начинают превалировать над силами инерции, то наступает момент, когда

С этого момента начинается следующий этап расчета.

Этап 3

На этом этапе (расчета заполнение верхней камеры мас­ лом отсутствует, и тогда уравнение (2 1 ) теряет свое значе­ ние. Давление масла в верхней камере повышается. Под­ вижной стакан поршня не имеет движения относительно вставки. Тогда уравнение (20) для этого этапа 'расчета при­ нимает вид

изменение объема верхней камеры из-за перемещения под­ вижного стакана поршня.

Совместное решение этих двух уравнений дает воз­ можность определить величину давления масла в верхней

229